無線局域網(wǎng)媒體訪問控制(MAC)協(xié)議的開發(fā)是目前各種無線應(yīng)用研究的熱點(diǎn),。同時(shí)MAC協(xié)議的開發(fā)、調(diào)試和實(shí)現(xiàn)離不開物理層(PHY)的支持,。很多MAC協(xié)議的開發(fā)者由于沒有物理層的支持,，只能停留在協(xié)議仿真的階段。本文提出了一個(gè)可以通過無線鏈路收發(fā)信號(可以與基于802.11b的無線局域網(wǎng)AP以及無線網(wǎng)卡通信)的無線MAC開發(fā)平臺,。該平臺利用現(xiàn)有802.11b無線網(wǎng)卡的物理層部分(包括天線,、射頻芯片、中頻芯片和基帶處理器" title="基帶處理器">基帶處理器),，再加上EPXA1開發(fā)板構(gòu)成,。利用該平臺，可以在EPXA1開發(fā)板上進(jìn)行各種MAC協(xié)議的開發(fā)和調(diào)試,。
1 系統(tǒng)架構(gòu)
　　系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：802.11b無線網(wǎng)卡,、EPXA1開發(fā)板以及兩者之間轉(zhuǎn)接PCB板，如圖1所示,。

　　系統(tǒng)中使用的802.11b無線網(wǎng)卡通過標(biāo)準(zhǔn)的PCMCIA接口與筆記本相連,。該無線網(wǎng)卡最大的特點(diǎn)是MAC控制芯片和基帶處理芯片以及前端中頻射頻芯片是分離的，只有這樣才能將其MAC芯片替換成EPXA1開發(fā)板,。在無線網(wǎng)卡啟動(dòng)之前必須給基帶處理芯片以及前端中頻,、射頻芯片的控制寄存器" title="控制寄存器">控制寄存器設(shè)置合適的值。這是控制邏輯PLCI部分要做的工作,。該網(wǎng)卡的主要組成芯片有：
　　(a)HFA3841(Wireless LAN Medium Access Controller)是該無線網(wǎng)卡的MAC部分,，在本設(shè)計(jì)中，將其替換成筆者的開發(fā)板,。
　　(b)HFA3861B (Baseband processor)是無線網(wǎng)卡的基帶處理器^[3],，在網(wǎng)卡啟動(dòng)過程中，需要通過相應(yīng)的串行配置口對其進(jìn)行配置,。
　　(c)HFA3683A (RF/IF converter and synthesizer)芯片進(jìn)行射頻到中頻的變換^[4],，需要通過相應(yīng)配置口進(jìn)行控制寄存器的配置。
　　(d)HFA3783 芯片進(jìn)行中頻到基帶的變換^[5],，也需要通過相應(yīng)配置口進(jìn)行寄存器的配置(工作模式和工作頻率等),。
　　Altera公司的EPXA1開發(fā)板集成了ARM922T嵌入式微處理器以及相應(yīng)外設(shè)，其外設(shè)中擁有10萬等效系統(tǒng)門的可編程邏輯器件以及相應(yīng)的擴(kuò)展I/O" title="I/O">I/O口,，不需要再另外設(shè)計(jì)FPGA電路,，更方便了軟件和硬件的協(xié)同設(shè)計(jì),。同時(shí)，Altera公司提供的QuartusII軟件,，也提供了對硬件和軟件協(xié)同設(shè)計(jì)的良好支持,。
　　轉(zhuǎn)接PCB板用于連接EPXA1開發(fā)板的擴(kuò)展I/O口和802.11b無線網(wǎng)卡上有用的信號線。板上設(shè)計(jì)了一個(gè)PCMCIA插槽,，用來固定無線網(wǎng)卡,，轉(zhuǎn)接板使用了隔離芯片SN74CBTD3384進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和保護(hù)EPXA1開發(fā)板，同時(shí)也通過該板給無線網(wǎng)卡供電,。
2 設(shè)計(jì)過程
2.1對802.11b無線網(wǎng)卡的處理
　　首先拿掉無線網(wǎng)卡的MAC芯片,，然后將MAC芯片上與基帶處理器,、前端射頻以及中頻芯片相連的線引出,，因?yàn)樵诰W(wǎng)卡啟動(dòng)過程中，需要通過這些線對前端芯片進(jìn)行相應(yīng)配置,。圖2是無線網(wǎng)卡的MAC芯片與其他芯片之間的連接關(guān)系,，在設(shè)計(jì)過程要確保將這些線引出到EPXA1開發(fā)板上。

2.2 轉(zhuǎn)接PCB板的設(shè)計(jì)
　　可以參照PCMCIA接口標(biāo)準(zhǔn),，將其中的電源線,、地線以及有用的地址線和數(shù)據(jù)線連接到EPXA1的擴(kuò)展I/O口(邏輯高電平為5V)，連接過程使用了SN74CBTD3384進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換(5V到3.3V的轉(zhuǎn)換),。另外在EPXA1的擴(kuò)展I/O口中,，有提供3.3V和5V電源的引腳，可以作為無線網(wǎng)卡的電源,，PCB板上還可以加上測試引腳,，方便硬件的調(diào)試。
2.3 PLCI部分的設(shè)計(jì)
　　整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)架和PLCI所處的位置如圖3所示,。PLCI(物理層控制接口)和PLDI(物理層數(shù)據(jù)接口)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn),，是利用EPXAl的可編程邏輯實(shí)現(xiàn)的，主要編程語言是Verilog HDL,。PLCI是MAC與物理層的控制接口,，它實(shí)現(xiàn)了對前端芯片(包括HFA3861B、HFA3683以及HFA3783)的控制寄存器的配置,，包括產(chǎn)生配置所需的串行數(shù)據(jù),、時(shí)鐘及片選信號。PLDI是MAC與物理層的數(shù)據(jù)接口,，是MAC與PHY交換數(shù)據(jù)的通路,；而ARM9嵌入式微處理器則運(yùn)行C語言代碼實(shí)現(xiàn)各種無線MAC協(xié)議。ARM9與外圍設(shè)備之間通過AHB總線連接,。
　　在寫程序之前,，首先要弄清楚各個(gè)控制寄存器的讀寫過程,。

　　BBP(基帶處理器)的控制接口是一個(gè)典型的三線接口，即只有時(shí)鐘(SCLK),、數(shù)據(jù)(SD)和片選(CS_BAR)三個(gè)信號,，沒有單獨(dú)的讀/寫使能信號，而利用了地址的最高位來標(biāo)識讀或?qū)懖僮?。每次讀/寫操作時(shí),，數(shù)據(jù)線(SD)上先后出現(xiàn)串行的地址和數(shù)據(jù)，其中地址位的MSB(A7)＝1時(shí)為寫操作,，表明將數(shù)據(jù)寫入該地址對應(yīng)的寄存器中,；地址位MSB(A7)＝0時(shí)為讀操作，表面后面的數(shù)據(jù)是從該地址指示的寄存器中讀取出來的,。
　　HFA3683與HFA3783的讀寫時(shí)序相同,，通過LE_RF和LE_IF的有效(低有效)來決定對哪塊芯片進(jìn)行讀寫。
　　DATA線上的串行數(shù)據(jù)是在時(shí)鐘的上升沿寫入芯片中的一個(gè)20位的移位寄存器,，然后在LE的上升沿寫入根據(jù)LSB1和LSB2兩位對應(yīng)的地址,。
　　上述的串行輸出數(shù)據(jù)(SD)和時(shí)鐘(SCLK)由PLCI邏輯產(chǎn)生。各前端芯片利用時(shí)鐘的上升沿來采集數(shù)據(jù)的,，所以數(shù)據(jù)與時(shí)鐘的上升沿要嚴(yán)格對齊,，有足夠的建立時(shí)間和保持時(shí)間。
　　在PLCI的設(shè)計(jì)中,，定義了一些寄存器與CPU通信,，這些寄存器根據(jù)相應(yīng)芯片讀寫時(shí)序的要求，有不同的寬度,，例如BBP的寫寄存器有17位,，低8位為要寫入的數(shù)據(jù)，高8位為要寫入的寄存器的地址,，最高位用來表明寫入操作是否完成,。以便啟動(dòng)下一次讀寫操作。
　　ESS (Excalibur Stripe Simulator)是一個(gè)Stripe仿真模型,，它可以仿真CPU指令的執(zhí)行,，并用來觀察PLD-to-Stripe和Stripe-to-PLD的總線時(shí)序。ADS 1.2 帶的AXD調(diào)試器可以模擬CPU執(zhí)行指令的情況,，并觀察每條指令執(zhí)行之后系統(tǒng)的狀態(tài),。
　　通過AXD Debugger與ESS的結(jié)合，可以觀察一條PLD-to-Stripe或者Stripe-to-PLD總線操作指令執(zhí)行后相應(yīng)總線上的時(shí)序,，再結(jié)合ModelSim進(jìn)行仿真,，方便了程序的調(diào)試。圖4是ModelSim中對BBP進(jìn)行配置時(shí)的仿真波形,，該波形與要求的BBP的寫入邏輯是一致的,。

3 系統(tǒng)的啟動(dòng)和驗(yàn)證
　　在啟動(dòng)系統(tǒng)前,，還必須寫一個(gè)PLCI.C文件，在其中利用c函數(shù)對PLCI.V中定義的寄存器進(jìn)行讀寫操作,。
　　//BBP的寫操作函數(shù)
　　void BBP_wr(long val)
　　{
　　*BBP_WRITE=val|0x8000;
　　//val的高八位是地址,，低八位為數(shù)據(jù)，最高位置1表明為寫寄存器操作
　　while(((*BBP_WRITE)&0x10000)==0x10000){}//讀取標(biāo)志位,，一直到操作完成
　　}
　　RF以及IF芯片的寫操作函數(shù)類似,。
　　BBP總共有49個(gè)寄存器要進(jìn)行寫入操作^[1]。
　　HFA3683有三個(gè)控制寄存器需要寫入^[4],，HFA3783有四個(gè)控制寄存器^[5],。后面兩個(gè)芯片共同的寄存器有：模式寄存器M(用于控制芯片的工作模式)、R counter寄存器和A/B counter寄存器(用于控制頻率綜合器的綜合頻率),，R counter和A/B counter的具體值需要對無線網(wǎng)卡工作時(shí)的射頻和中頻頻率進(jìn)行測量得到,。按照802.11b協(xié)議的規(guī)定之一，無線網(wǎng)卡工作時(shí)共有14個(gè)信道^[2],，所以得到的射頻芯片(HFA3683A)工作頻率共有14個(gè)(即有14種不同的R,、A、B值),，中頻(HFA3783)芯片的工作頻率有一個(gè)。
　　使用的編程工具是Quartus II,，它可以分別編譯硬件部分(PLCI.V主要是或者verilog HDL語言)和軟件部分(PLCI.C),，然后再一起編譯生成.hex文件下載到開發(fā)板上。
　　驗(yàn)證過程：將無線網(wǎng)卡設(shè)置成接收狀態(tài)(RX_PE置高,、TX_PE置低,、RADIO_PE置低、PE1置高,、PE2置高,、RESET置高、TR/SW置低),。另外需要設(shè)置好一個(gè)802.11b的AP(Access Point),，將其設(shè)置在一個(gè)固定的工作頻道上，同時(shí)設(shè)置RF/IF Converter 的控制寄存器,，使網(wǎng)卡也工作在該頻道上,。此時(shí)用邏輯分析儀監(jiān)測來自BBP的三個(gè)信號：RXC、RXD,、MD_RDY信號,，可以在邏輯分析儀上得到如圖5所示波形。